DE202009012539U1 - Wastewater treatment facility - Google Patents

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Abstract

Einrichtung zur Abwasserbehandlung, insbesondere zur Entfernung von organischen Schadstoffen, Schwermetallen und Pharmaka aus Abwasser, wobei
– ein erster Modul (M1) zur Durchführung eines AEOP-Verfahrens (advanced electrochemical Oxidation Prozess) kombiniert wird mit einem
– zweiten Modul (M2) zur Durchführung eines Elektrolyseverfahrens in Form einer oxidativen Reinigung des Abwassers und/oder mit einem
– dritten Modul (M3) zur Durchführung einer Oxidation durch Ozon.Wastewater treatment equipment, in particular for removing organic pollutants, heavy metals and pharmaceuticals from wastewater, wherein
A first module (M1) for performing an AEOP process (advanced electrochemical oxidation process) is combined with a
- Second module (M2) for carrying out an electrolysis process in the form of an oxidative purification of the wastewater and / or with a
- Third module (M3) to perform an oxidation by ozone.

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Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Abwasserbehandlung und findet insbesondere zur Entfernung von organischen Schadstoffen, Schwermetallen und Pharmaka Anwendung.The invention relates to a device for wastewater treatment and finds in particular for the removal of organic pollutants, heavy metals and pharmaceuticals application.

Advanced Oxidation processes (abk. AOP), im Deutschen auch als Erweiterte Oxidation bekannt, bezeichnet nach Wikipedia eine Reihe von Verfahren zur chemischen Aufbereitung organischer und anorganischer Stoffe in Abwässern durch Oxidation. Diese erfolgt bei der AOP mit Hilfe von Ozon, Wasserstoffperoxid oder einer Kombination dieser Verfahren mit UV-Bestrahlung. Die Oxidation wird dabei direkt durch diese Stoffe und insbesondere auch über dabei entstehende OH-Radikale (Hydroxyl-Radikale) bewirkt.Advanced Oxidation processes (abbreviated to AOP), also known as Extended Oxidation in Germany, are Wikipedia's term for a series of processes for the chemical treatment of organic and inorganic substances in wastewater by oxidation. This is done with the AOP using ozone, hydrogen peroxide or a combination of these methods with UV irradiation. The oxidation is effected directly by these substances and in particular by the resulting OH radicals (hydroxyl radicals).

Das AOP-Verfahren wird bereits für die Reinigung von biologisch schwer oder nicht abbaubaren Stoffen (z. B. Pestizide, Biozide oder Arzneimittel) in Abwässern eingesetzt. Die belastenden Stoffe werden dabei größtenteils in stabile anorganische Verbindungen wie H2O, CO2 und Salze umgewandelt. Das AOP-Verfahren bewirkt das Reduzieren des chemischen Sauerstoffbedarfs sowie die Entfärbung und Veränderung weiterer Parameter, um Grenzwerte zu erreichen, die eine Direkteinleitung von gereinigten Abwässern in Vorfluter ermöglichen. Ein weiteres Einsatzgebiet ist die Restentfärbung bei der sogenannten Kreislaufführung von Farbstoff enthaltenden Produktionsabwässern. Aus DE 199 32 268 A1 ist ein Kombinationsverfahren zur Entkeimung und zur Entfernung von Schadstoffen in Wäschereiabwässern bekannt, mit dem das gereinigte Wasser dem Waschprozess wieder zugeführt werden soll. Dazu wird das AOP-Verfahren mit anderen bekannten Verfahren durch mehrere aufeinanderfolgende Stufen gekoppelt. Das Abwasser wird über drei Stufen gereinigt. Zur Stufe 1 vor der Reinigung gehören Flusenfilter, Fettabscheider und Sandfilter; hier werden grobe Verunreinigungen, Öle, Fette, kleine und feinste Schmutzpartikel entfernt und eine Verbesserung der Transmission des Abwassers bewirkt. in der Stufe 2 des AOP-Reaktors wird die Entkeimung und Reinigung erzielt. In der Stufe 3 der Membranfiltration werden die noch verbleibenden Restkonzentrationen von der Stufe 2 leicht absorbiert.The AOP process is already used for the treatment of substances that are difficult or impossible to biodegrade (eg pesticides, biocides or pharmaceuticals) in wastewater. The polluting substances are largely converted into stable inorganic compounds such as H 2 O, CO 2 and salts. The AOP process reduces the chemical oxygen demand as well as discolouring and modifying other parameters to achieve limits that allow the direct discharge of purified effluents into receiving waters. Another application is the residual discoloration in the so-called recycling of dye-containing production wastewater. Out DE 199 32 268 A1 is a combination process for the sterilization and removal of pollutants known in laundry wastewater, with which the purified water is to be returned to the washing process. For this purpose, the AOP method is coupled with other known methods by several successive stages. The wastewater is purified over three stages. Stage 1 before cleaning includes lint filter, grease trap and sand filter; Here are coarse impurities, oils, fats, small and finest dirt particles removed and causes an improvement of the transmission of the wastewater. in stage 2 of the AOP reactor, sterilization and purification are achieved. In stage 3 of the membrane filtration, the residual concentrations remaining from stage 2 are easily absorbed.

Das AOP-Verfahren gewährleistet jedoch bei der Reinigung stark verschmutzter Abwässer manchmal nicht deren vollständige Beseitigung, so dass die Direkteinspeisung nicht möglich ist.However, when cleaning heavily polluted waste water, the AOP process sometimes does not ensure its complete elimination, so that direct injection is not possible.

Weiterhin konnte in letzter Zeit die Zunahme von Advanced electrochemical Oxidation processes (AEOP) beobachtet werden. Bei derartigen Abwasserreinigungsverfahren werden spezielle Elektrodenmaterialien zur Oxidation von Schadstoffen eingesetzt. An der Anode adsorbierte Wassermoleküle werden zu OH Radikalen oxidiert, beziehungsweise der Schadstoff direkt mineralisiert.Furthermore, the increase of Advanced Electrochemical Oxidation processes (AEOP) has recently been observed. In such wastewater treatment processes special electrode materials are used for the oxidation of pollutants. At the anode adsorbed water molecules are oxidized to OH radicals, or the pollutant directly mineralized.

Das AOP-Verfahren und das AEOP-Verfahren erfolgen meist bei einem PH-Wert von 3.The AOP method and the AEOP method are usually carried out at a pH of 3.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Einrichtung zu entwickeln, welche die Entfernung von Verunreinigungen zuverlässig garantiert, wodurch das gereinigte Wasser als Direkteinleiter eingespeist werden kann oder einem erneuten Reinigungsprozess zuführbar ist.The object of the invention is to develop a device which reliably guarantees the removal of impurities, whereby the purified water can be fed as a direct discharger or a new cleaning process can be fed.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des ersten Schutzanspruchs gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.This object is solved by the features of the first patent claim. Advantageous embodiments emerge from the subclaims.

Die Einrichtung zur Abwasserbehandlung dient insbesondere zur Entfernung von organischen Schadstoffen, Schwermetallen und Pharmaka aus Abwasser, wobei erfindungsgemäß erstmalig ein erster Modul zur Durchführung eines AEOP-Verfahrens (advanced electrochemical Oxidation Prozess) kombiniert wird mit einem zweiten Modul zur Durchführung eines Elektrolyseverfahrens in Form einer oxidativen Reinigung des Abwassers und/oder mit einem dritten Modul zur Durchführung einer Oxidation durch Ozon.The device for wastewater treatment is used in particular for the removal of organic pollutants, heavy metals and pharmaceuticals from wastewater, according to the invention for the first time a first module for performing an AEOP (advanced electrochemical oxidation process) is combined with a second module for performing an electrolysis process in the form of an oxidative Purification of the waste water and / or with a third module for performing an oxidation by ozone.

Wahlweise ist es auch möglich, einen zweiten Modul zur Durchführung eines Elektrolyseverfahrens in Form einer oxidativen Reinigung des Abwassers mit einem dritten Modul zur Durchführung einer Oxidation durch Ozon zu kombinieren. In beiden Fällen wird ein hervorragendes Reinigungsergebnis erzielt.Alternatively, it is also possible to combine a second module for carrying out an electrolysis process in the form of an oxidative purification of the wastewater with a third module for performing an oxidation by ozone. In both cases, an excellent cleaning result is achieved.

Dabei ist es möglich, den zweiten Modul/Fe Reaktor und/oder den dritten Modul vor oder nach dem ersten Modul anzuordnen.It is possible to arrange the second module / Fe reactor and / or the third module before or after the first module.

Bevorzugt weist der erste Modul wenigstens einen AEOP-Reaktor mit Anodenmaterial aus Platin, Palladium, Rhodenium oder einer Kombination dieser Materialien auf. Insbesondere ist der AEOP-Reaktor mit einem Anodenmaterial aus Platin, Palladium, Rhodenium oder deren Kombinationen ausgestattet. Bevorzugt weist der AEOP-Reaktor eine gitterartige Anode aus den vorgenannten Materialien auf. Bevorzugt handelt es sich dabei um scheibenartige Gitter, die in einem Abstand zueinander in einem AEOP-Reaktorgehäuse angeordnet und mittels einer Kontaktschiene anodisch geschaltet sind.Preferably, the first module comprises at least one AEOP reactor with anode material of platinum, palladium, rhodium or a combination of these materials. In particular, the AEOP reactor is equipped with an anode material of platinum, palladium, rhodium or their combinations. The AEOP reactor preferably has a lattice-type anode made of the abovementioned materials. Preferably, these are disk-like grids which are arranged at a distance from one another in an AEOP reactor housing and connected anodically by means of a contact rail.

Es ist weiterhin möglich, den AEOP-Reaktor mit einer Excimerlampe (vorzugsweise mit einer Wellenlänge λ < 240 nm) auszustatten, durch welche der Reinigungsprozess beschleunigt werden kann und insgesamt effizienter abläuft. Die Excimerlampe kann dabei z. B. durch Durchbrüche der Gitter ragen oder zwischen der Innenwand des Gehäuses des AEOP-Reaktors und den Anodengittern angeordnet sein.It is also possible to equip the AEOP reactor with an excimer lamp (preferably with a wavelength λ <240 nm), by means of which the cleaning process can be accelerated and runs more efficiently overall. The excimer lamp can be z. B. protrude through openings in the grid or be arranged between the inner wall of the housing of the AEOP reactor and the anode lattices.

Der zweite Modul weist wenigstens einen FE-Reaktor auf, der einen Anodenkäfig aus Titan oder platiniertem Titan aufweist und mit Eisen- und/oder Aluminiumteilen als Anode bestückt ist. Als Eisen- bzw. Aluminiumteile für die Anode des FE-Reaktors können beispielsweise Eisenschrott und/oder Aluminiumschrott (z. B. Schrauben oder Blechteile) verwendet werden. Dadurch ist der FE-Reaktor besonders preiswert betreibbar.The second module has at least one FE reactor, which has an anode cage made of titanium or platinum-plated titanium and is equipped with iron and / or aluminum parts as the anode. As iron or aluminum parts for the anode of the FE reactor, for example, iron scrap and / or aluminum scrap (eg screws or sheet metal parts) can be used. As a result, the FE reactor is particularly inexpensive operable.

Der dritte Modul wird insbesondere durch wenigstens einen Ozongenerator gebildet, in welchem dem zu reinigenden Wasser Ozon zuführbar ist.The third module is formed in particular by at least one ozone generator, in which ozone can be supplied to the water to be purified.

In besonderen Fällen kann es sinnvoll sein, dem zu reinigenden Wasser ebenfalls Wasserstoffperoxid zuzuführen.In special cases, it may be useful to supply the water to be purified also hydrogen peroxide.

Die erfindungsgemäße Einrichtung ist mit Membrantechniken, wie z. B. der Nanofiltration und der Umkehrosmose kombinierbar oder kann Teile von Vorrichtungen zur Durchführung der Membrantechniken oder der Umkehrosmose ersetzen.The inventive device is with membrane techniques such. As the nanofiltration and reverse osmosis combinable or can replace parts of devices for performing the membrane techniques or reverse osmosis.

Die Abwasserbehandlung erfolgt insbesondere zur Entfernung von organischen Schadstoffen, Schwermetallen und Pharmaka aus Abwasser, wobei ein AEOP-Verfahren (advanced electrochemical oxidation prozess) mit einem Elektrolyseverfahren in Form einer oxidativen Reinigung des Abwassers und/oder mit einer Oxidation des Abwassers durch Ozon oder ein Elektrolyseverfahren in Form einer oxidativen Reinigung des Abwassers kombiniert wird mit einer Oxidation des Abwassers durch Ozon, wobei im letzgenannten Fall wahlweise zuerst die oxidative Reinigung oder die oxidative Oxidation erfolgen kann.The wastewater treatment is carried out in particular for the removal of organic pollutants, heavy metals and pharmaceuticals from wastewater, wherein an AEOP (advanced electrochemical oxidation process) with an electrolysis process in the form of an oxidative purification of the wastewater and / or with an oxidation of the waste water by ozone or an electrolysis process in the form of an oxidative purification of the waste water is combined with an oxidation of the waste water by ozone, wherein in the latter case optionally either the oxidative purification or the oxidative oxidation can take place.

Es ist dabei möglich, das Elektrolyseverfahren in Form einer oxidativen Reinigung des Abwassers und/oder die Oxidation des Abwassers durch Ozon vor oder nach dem AEOP-Verfahren (advanced electrochemical oxidation prozess) durchzuführen.It is possible to carry out the electrolysis process in the form of an oxidative purification of the wastewater and / or the oxidation of the wastewater by ozone before or after the AEOP process (advanced electrochemical oxidation process).

Welche Verfahrensstufen in welcher Reihenfolge für die entsprechende Reinigungsaufgabe am effektivsten ist, kann durch Vorversuche ermittelt werden.Which process steps in which order is the most effective for the corresponding cleaning task can be determined by preliminary tests.

Das Elektrolyseverfahren erfolgt bevorzugt in Form der oxidativen Reinigung unter Verwendung einer Eisen- oder Aluminiumelektrode, wobei grobe Verunreinigungen, wie Schwermetalle, Öle, Fette, kleine und feinste Schmutzpartikel entfernt und eine Verbesserung bzw. komplette Transmission des Abwassers bewirkt wird.The electrolysis process is preferably carried out in the form of oxidative purification using an iron or aluminum electrode, wherein coarse impurities such as heavy metals, oils, fats, small and finest dirt particles removed and an improvement or complete transmission of the wastewater is effected.

Bei dem AEOP-Verfahren wird ein Elektrolyseverfahren unter erstmaliger Verwendung von Anoden aus Platin, Palladium, Rhodenium oder deren Kombinationen durchgeführt, wodurch verbleibende Restkonzentrationen aus der Oxidation des Abwassers durch Ozon oxidiert werden.In the AEOP process, an electrolytic process is carried out using anodes of platinum, palladium, rhodium or combinations thereof for the first time, whereby remaining residual concentrations from the oxidation of the waste water are oxidized by ozone.

Das Elektrolyseverfahren in Form einer oxidativen Reinigung erfolgt insbesondere unter Verwendung eines FE-Reaktors, der mit einem Käfig aus Titan oder platiniertem Titan versehen ist, wobei dieser mit Eisen- und/oder Aluminiumschrott (z. B. Schrauben oder Blechteile) als Anode bestückt wird und durch Vorbeiströmen des Wassers an der Anode die Partikel in Eisen(III)hydroxidflocken und Aluminiumhydroxidflocken eingefangen werden.The electrolysis process in the form of an oxidative purification is carried out in particular using an FE reactor which is provided with a cage made of titanium or platinized titanium, this being equipped with iron and / or aluminum scrap (eg screws or sheet metal parts) as the anode and by passing the water at the anode, the particles are trapped in ferric hydroxide flakes and aluminum hydroxide flakes.

Vorzugsweise erfolgt in der ersten Stufe eine Oxidation der organischen Inhaltstoffe bzw. eine Crackung.Preferably, in the first stage, an oxidation of the organic ingredients or a cracking occurs.

Überraschender Weise wurde festgestellt, das bei dem Elektrolyseverfahren in Form einer oxidativen Reinigung bei einem pH-Wert von 6–8 die Schwermetallkonzentrationen des Abwassers bis auf Trinkwassergrenzwerte nach EU-Grenzwerten gesenkt werden können.Surprisingly, it has been found that in the electrolysis process in the form of an oxidative purification at a pH of 6-8, the heavy metal concentrations of the wastewater can be reduced to drinking water limits according to EU limits.

Bei dem Elektrolyseverfahren in Form einer oxidativen Reinigung ist vorteilhafter Weise eine Senkung des CSB (TOC) bis über 50% möglich.In the electrolysis process in the form of an oxidative purification is advantageously a reduction of the COD (TOC) to over 50% possible.

Bei der Oxidation des Abwassers durch Ozon werden die Inhaltsstoffe/Schadstoffe oxidiert, wobei durch das nach dem Elektrolyseverfahren in Form einer oxidativen Reinigung noch in katalytischen Mengen vorhandene Eisen bzw. Aluminium eine äußerst effiziente Oxidation erfolgt.In the oxidation of the waste water by ozone, the ingredients / pollutants are oxidized, which is carried out by the electrolysis process in the form of an oxidative purification in catalytic amounts of iron or aluminum extremely efficient oxidation.

Es ist möglich, während der Oxidation des Abwassers durch Ozon Wasserstoffperoxid zuzufügen, wodurch mit den Eisen-Ionen nach dem bekannten Fenton-Mechanismus die organische Belastung gesenkt wird.It is possible to add hydrogen peroxide during the oxidation of the waste water by ozone, whereby the organic load is reduced with the iron ions according to the known Fenton mechanism.

Weiterhin ist es möglich, durch das AEOP-Verfahren (advanced electrochemical Oxidation Prozess) organische Inhaltstoffe, welche eine starke Residenz gegenüber einer reinen Ozonbehandlung aufweisen, aus dem Abwasser zu eliminieren.Furthermore, it is possible by the AEOP process (advanced electrochemical oxidation process) to eliminate organic ingredients, which have a strong residence compared to a pure ozone treatment, from the wastewater.

Weiterhin werden bei der Durchführung des Verfahrens Sauerstoff (Singulett), Hydroxylradikale und Ozon gebildet.Furthermore, in carrying out the process, oxygen (singlet), hydroxyl radicals and ozone are formed.

Mit der Lösung wird durch die erstmalige Kombination des AEOP-Verfahrens mit wenigstens einem weiteren bekannten Verfahren eine hervorragende Qualität des gereinigten Abwassers gewährleistet.With the solution, the first-time combination of the AEOP process with at least one other known process ensures excellent quality of the purified wastewater.

Das Abwasser wird dabei vorzugsweise über zwei oder drei Stufen gereinigt. Insbesondere erfolgt zuerst die partielle oxidative Reinigung und eine Partikelseparation mittels einer Eisen- und/oder Aluminiumelektrode (Anode) durch Elektrolyse, wodurch bereits grobe Verunreinigungen, Öle, Fette, kleine und feinste Schmutzpartikel entfernt werden und eine Verbesserung bzw. komplette Transmission des Abwassers bewirkt wird, was durch eine Opferung des Anodenmaterials erzielt wird. Anschließend wird Ozon eingeleitet, um die organischen Inhaltsstoffe zum größten Teil zu oxidieren. Nun erfolgt eine Oxidation mittels Platin-, Palladium oder Rhodeniumanoden oder deren Kombinationen durch Elektrolyse und durch das AEOP-Verfahren. Hier werden die noch verbleibenden Restkonzentrationen von der Stufe 2 oxidiert. The wastewater is preferably purified over two or three stages. In particular, first the partial oxidative cleaning and particle separation by means of an iron and / or aluminum electrode (anode) by electrolysis, which are already coarse impurities, oils, fats, small and very fine dirt particles are removed and an improvement or complete transmission of the wastewater is effected , which is achieved by a sacrifice of the anode material. Subsequently, ozone is introduced to oxidize the organic ingredients for the most part. Now an oxidation takes place by means of platinum, palladium or rhodenium anodes or combinations thereof by electrolysis and by the AEOP process. Here, the remaining residual concentrations of the second stage are oxidized.

Dies ist mit allen Membrantechniken, wie z. B. der Nanofiltration und Umkehrosmose kombinierbar oder kann Teile davon in speziellen Fällen ersetzen. Die Reihenfolge der einzelnen Verfahrensschritte ist dabei nach Bedarf unterschiedlich wählbar.This is with all membrane techniques, such. As the nanofiltration and reverse osmosis combinable or can replace parts thereof in special cases. The sequence of the individual process steps can be selected differently as needed.

Weiterhin ist es in einigen Fällen auch möglich, auf das AEOP-Verfahren zu verzichten und nur ein Elektrolyseverfahren in Form einer oxidativen Reinigung des Abwassers mit einer Oxidation des Abwassers durch Ozon zu kombinieren, wobei wahlweise zuerst die oxidative Reinigung oder die oxidative Oxidation erfolgen kann.Furthermore, it is also possible in some cases to dispense with the AEOP process and to combine only one electrolysis process in the form of an oxidative purification of the wastewater with an oxidation of the wastewater by ozone, where either the oxidative purification or the oxidative oxidation can be carried out first.

Die Erfindung wird nachfolgend an Hand von Ausführungsbeispielen und zugehörigen Zeichnungen erläutert. Es zeigen:The invention will be explained below with reference to exemplary embodiments and the accompanying drawings. Show it:

1 das Ablaufschema einer Einrichtungsvariante, 1 the flowchart of a device variant,

2 eine Prinzipdarstellung eines Gehäuses, welches für einen AEOP-Reaktor und einen Fe-Reaktor verwendet werden kann, 2 a schematic diagram of a housing which can be used for an AEOP reactor and an Fe reactor,

3 einen Anodenkäfig für einen Fe-Reaktor, 3 an anode cage for an Fe reactor,

4 eine Anode für einen AEOP-Reaktor mit runden scheibenartigen Gittern in der Seitenansicht, 4 an anode for an AEOP reactor with round disc-like grids in the side view,

5 eine Anode gem. 4 in der Vorderansicht. 5 an anode gem. 4 in the front view.

6 einen AEOP-Reaktor in Kombination mit einer Excimerlampe bzw. einem Excimerstrahler. 6 an AEOP reactor in combination with an excimer lamp or an excimer lamp.

Das Ablaufschema gem. 1 zeigt dabei Variante, bei welcher das AEOP-Verfahren in einem ersten Modul M1 mit einem AEOP-Reaktor 1 durchgeführt wird, wobei diesem ein zweiter Modul M2 zur Durchführung eines Elektrolyseverfahren in Form einer oxidativen Reinigung des Abwassers und ein dritter Modul M3 zur Durchführung einer Oxidation durch Ozon vorgelagert sind.The flowchart acc. 1 shows variant in which the AEOP method in a first module M1 with an AEOP reactor 1 a second module M2 for carrying out an electrolysis process in the form of an oxidative purification of the wastewater and a third module M3 for performing an oxidation by ozone are preceded by this.

Die 1. Stufe des Verfahrens wird dabei in dem zweiten Modul M2 zur Durchführung eines Elektrolyseverfahrens in Form einer oxidativen Reinigung des Abwassers unter Verwendung eines speziellen ersten Fe-Reaktors 2 (Schrottreaktors), der mit einem Anodenkäfig aus Titan oder platiniertem Titan versehen ist, durchgeführt. Der Anodenkäfig des Fe-Reaktors 2 wird mit Eisen- und/oder Aluminiumteilen (Anode), insbesondere Eisen und/oder Aluminiumschrott (z. B. Schrauben oder Blechteile) bestückt. Das erfolgt über einen hier nicht dargestellten speziellen Mechanismus, um Stillstände der Anlage zu vermeiden. Das Wasser passiert die Anode und die Partikel werden in den Eisen(III)hydroxid- und/oder Aluminiumhydroxidflocken eingefangen. Als Nebeneffekt erfolgt hier bereits eine Oxidation der organischen Inhaltstoffe bzw. eine Crackung. Bei geeignetem pH-Wert (vorzugsweise 6–9,5) können die Schwermetallkonzentrationen von industriellem Abwasser bereits in dem ersten Reaktor bei der Durchführung der ersten Reinigungsstufe bis auf Trinkwassergrenzwerte nach EU-Grenzwerten gesenkt werden. Das kann eine Senkung des CSB (TOC) bis über 50% betragen (gemessen am kommunalen Abwasser). Genauere Reaktionsmechanismen sowie Prozessparameter dazu werden hier nicht näher erläutert.The first stage of the process is in the second module M2 for performing an electrolysis process in the form of an oxidative purification of the wastewater using a special first Fe reactor 2 (Shot reactor), which is provided with an anode cage made of titanium or platinized titanium carried out. The anode cage of the Fe reactor 2 is equipped with iron and / or aluminum parts (anode), in particular iron and / or aluminum scrap (eg screws or sheet metal parts). This is done via a special mechanism, not shown here, to avoid downtime of the system. The water passes through the anode and the particles are trapped in the iron (III) hydroxide and / or aluminum hydroxide flakes. As a side effect here already an oxidation of the organic ingredients or cracking occurs. At a suitable pH (preferably 6-9.5), the heavy metal concentrations of industrial wastewater in the first reactor can be reduced to drinking water limits in accordance with EU limits when carrying out the first purification stage. This can be a reduction of the COD (TOC) to over 50% (measured at the municipal wastewater). More detailed reaction mechanisms and process parameters are not explained in detail here.

In einem dritten Modul M3 erfolgt die zweite Stufe des Reinigungsprozesses in einem Ozongenerator 3, in welchem dem zu reinigenden Wasser Ozon zugefügt wird, um die organischen Inhaltsstoffe durch Oxidation zu eliminieren. Nach der Behandlung in dieser zweiten Stufe im Modul M3 ist das Wasser frei von Partikeln und Schwermetallen. Da Eisen und/oder Aluminium noch in katalytischen Mengen durch die erste Stufe (Modul M2/Fe-Reaktor 2) vorhanden sind, erfolgt in der dritten abschließenden Reinigungsstufe in dem ersten Modul M1, d. h. in dem AEOP-Reaktor 1, eine effiziente Oxidation vorzugsweise bei einem PH-Wert von > 6 bei entsprechenden Verfahrensparametern, auf die hier nicht näher eingegangen wird. Bei besonders starker organischer Belastung kann in der zweiten Stufe (dem Modul M3/Ozongenerator 3) dem zu reinigenden Wasser noch Wasserstoffperoxyd zugefügt werden, welches insbesondere mit den Eisen-Ionen nach dem bekannten Fenton-Mechanismus die org. Belastung senkt. Nach Wikipedia ist die Fenton-Reaktion eine durch Eisensalze katalysierte Oxidation organischer Substrate mit Wasserstoffperoxid in saurem Medium. Sie wurde Ende des 19. Jahrhunderts von H. J. H. Fenton entdeckt. Fenton-ähnliche Reaktionen können auch unter Beteiligung anderer niedervalenter Metallkomplexe wie Cu(II), Ti(III), Cr(II) oder Co(II) stattfinden. Die Fenton-Reaktion wird in biologischen Systemen als Hauptquelle der reaktiven Sauerstoffspezies (reactive oxygen species, ROS) in der Zelle gesehen, die zu oxidativem Stress führen.In a third module M3, the second stage of the cleaning process takes place in an ozone generator 3 in which ozone is added to the water to be purified in order to eliminate the organic constituents by oxidation. After treatment in this second stage in module M3, the water is free of particles and heavy metals. Since iron and / or aluminum still in catalytic amounts through the first stage (module M2 / Fe reactor 2 ) are present takes place in the third final purification stage in the first module M1, ie in the AEOP reactor 1 , an efficient oxidation preferably at a pH of> 6 at corresponding process parameters, which will not be discussed here. In the case of particularly high organic load, in the second stage (the module M3 / ozone generator 3 ) are added to the water to be purified or hydrogen peroxide, which in particular with the iron ions according to the known Fenton mechanism, the org. Load lowers. According to Wikipedia, the Fenton reaction is an oxidation of organic substrates catalyzed by iron salts with hydrogen peroxide in an acidic medium. It was discovered by HJH Fenton at the end of the 19th century. Fenton-like reactions can also occur with the participation of other low-valent metal complexes such as Cu (II), Ti (III), Cr (II) or Co (II). The Fenton reaction is in biological systems seen as the major source of reactive oxygen species (ROS) in the cell, leading to oxidative stress.

In der dritten Stufe wird der erste Modul M1 eingesetzt, der einen AEOP Reaktor 1 zur Durchführung des AEOP-Verfahrens aufweist. Bei dieser Reinigungsstufe erfolgt eine Oxidation mittels Anodenmaterial aus Platin, Palladium oder Rhodenium oder einer Kombination von einer oder mehreren Anoden aus diesen Materialien bzw. Materialkombinationen, wobei verbleibende Restkonzentrationen von der Stufe 2 (Modul M3/Ozongenerator 3) oxidiert werden. Dadurch werden in dem zu reinigenden Wasser organische Inhaltstoffe, welche eine starke Residenz gegenüber einer reinen Ozonbehandlung aufweisen, eliminiert. Zu diesen Klassen gehören z. B. die Pharmaka. Da diese in sehr geringen Konzentrationen vorliegen, ist auch nicht die Konzentration des Ozons so entscheidend für eine Oxidation, sondern die Tatsache, dass Sauerstoff (Singulett), Hydroxylradikale, aber auch bis zu einen gewissen Grad Ozon, gebildet wird. Entscheidend für einen Erfolg sind die gewählten Materialien, so zeigt Platin (als Anode) das beste Ergebnis.In the third stage, the first module M1 is used, which is an AEOP reactor 1 to carry out the AEOP process. In this purification step, oxidation takes place by means of anode material of platinum, palladium or rhodenium or a combination of one or more anodes of these materials or material combinations, remaining residual concentrations of the step 2 (Module M3 / ozone generator 3 ) are oxidized. As a result, organic ingredients which have a strong residence compared to a pure ozone treatment are eliminated in the water to be purified. These classes include z. As the drugs. Since these are present in very low concentrations, it is not the concentration of ozone that is so crucial for oxidation, but the fact that oxygen (singlet), hydroxyl radicals, but also ozone to a certain extent, is formed. Decisive for a success are the chosen materials, so platinum (as anode) shows the best result.

Damit diese Verfahren die gewünschten Ergebnisse zeigt, müssen die Reaktorgeometrien und Stromdichten entsprechend gewählt werden.For these procedures to show the desired results, the reactor geometries and current densities must be selected accordingly.

Zur 1. Stufe in Form des zweiten Moduls M2 mit dem Fe-Reaktor 2 wird das zu reinigende Abwasser über eine Ansaugpumpe P1 gefördert.For the 1st stage in the form of the second module M2 with the Fe reactor 2 the wastewater to be purified is conveyed via a suction pump P1.

Zwischen dem ersten Fe-Reaktor 2 in Modul M2 und dem Ozonreaktor 3 in Modul M3 ist ein Filter 4 angeordnet, um die in dem ersten Fe-Reaktor 1 gebildeten Ausflockungen auszufiltern. Zwischen die erste Stufe (Modul M2/Fe-Reaktor 2) und den Bandfilter 4 ist eine Polymerpumpe P2 geschaltet. Von dem Bandfilter 4 werden die Schlämme über eine Schlammpumpe P3 abgepumpt. Das Wasser wird über eine Klarpumpe P4 der 2. Stufe mit dem dritten Modul M3, der den Ozongenerator 3 aufweist, zugeführt und durchläuft nach der Reinigung in der 2. Stufe die dritte Stufe, welche in einem ersten Modul M1 den AEOP-Reaktor 1 aufweist. Von der dritten Stufe fließt aus dem AEOP-Reaktor 1 das gereinigte Wasser durch einen Abfluss ab und kann durch Direkteinspeisung dem Trinkwasserkreislauf zugeführt werden.Between the first Fe reactor 2 in module M2 and the ozone reactor 3 in module M3 is a filter 4 placed in the first Fe reactor 1 Filter out formed flocculations. Between the first stage (module M2 / Fe reactor 2 ) and the band filter 4 is a polymer pump P2 connected. From the band filter 4 the sludge is pumped out via a mud pump P3. The water is pumped through a P4 2nd stage with the third module M3, which is the ozone generator 3 has, supplied and passes through after cleaning in the 2nd stage, the third stage, which in a first module M1, the AEOP reactor 1 having. From the third stage flows from the AEOP reactor 1 The purified water through a drain and can be fed by direct feed to the drinking water cycle.

Zum Anfahren der Anlage wird zuerst mit der Ansaugpumpe P1 das Abwasser dem Fe-Reaktor 2 im Modul M2 der 1. Stufe zugeführt. Der Fe-Reaktor 2 wird nach einer bestimmten Zeit, z. B. 5 Sekunden nach dem Anfahren der Ansaugpumpe P1, in Betrieb genommen. Der Bandfilter 4 ist bevorzugt mit dem Anschalten der Ansaugpumpe P1 in Betrieb. Schlammpumpe P3 und Klarpumpe P4 werden bevorzugt mit dem Einschalten des Fe-Reaktors 2 (z. B. 5 Sekunden nach Anschalten der Ansaugpumpe P1) angeschaltet. Der Ozongenerator der 2. Stufe und der AEOP-Reaktor 1 der 3. Stufe werden hochgefahren/in Betrieb genommen, nachdem die Klarpumpe P4 in Betrieb ist. Es ist möglich, dem AEOP Reaktor 1 einen weiteren Filter nachzuschalten.To start up the system, the wastewater is first fed to the Fe reactor with the suction pump P1 2 fed in module M2 of the 1st stage. The Fe reactor 2 is after a certain time, for. B. 5 seconds after starting the suction pump P1, put into operation. The band filter 4 is preferably in operation with the switching on of the suction pump P1. Sludge pump P3 and clear pump P4 are preferred when switching on the Fe reactor 2 (eg 5 seconds after the suction pump P1 has been switched on). The 2nd stage ozone generator and the AEOP reactor 1 3rd stage are started / put into operation after the clear pump P4 is in operation. It is possible to use the AEOP reactor 1 to add another filter.

Das zu reinigende Abwasser durchläuft bevorzugt im Durchlaufprinzip vom Zufluss ZU bis zum Abfluss AB die Module M1, M3, M1 und somit die drei Reinigungsstufen.The wastewater to be purified preferably passes through the modules M1, M3, M1 and thus the three purification stages in the continuous flow principle from inflow ZU to outflow AB.

2 zeigt die Seitenansicht eines Reaktorgehäuses 10, welches in dieser Konfiguration für einen AEOP-Reaktor und einem Fe-Reaktor eingesetzt werden kann, wobei die baugleiche Konstruktion eine ökonomische Fertigung gewährleistet. 2 shows the side view of a reactor housing 10 , which can be used in this configuration for an AEOP reactor and an Fe reactor, the construction of the same design ensures economic production.

Das Reaktorgehäuse 10 weist einen unteren Anschluss 11 als Zulauf und eine oberen Anschluss 12 als Ablauf auf und wird bevorzugt vertikal betrieben, d. h. die Achse A ist senkrecht angeordnet, wodurch das zu reinigende Wasser das jeweilige System von unten nach oben durchläuft. Weiterhin besitzt das Reaktorgehäuse 10 nicht dargestellte Anschlüsse zum Anschließen der Anode und der Kathode.The reactor housing 10 has a lower connection 11 as inlet and an upper connection 12 as a drain on and is preferably operated vertically, ie the axis A is arranged vertically, whereby the water to be purified through the respective system from bottom to top. Furthermore, the reactor housing has 10 not shown connections for connecting the anode and the cathode.

Das Reaktorgehäuse 10 weist vorzugsweise einen runden Querschnitt auf. In 3 ist ein Anodenkorb 13 dargestellt, der mit einer Vielzahl von Durchbrüchen versehen ist (hier nicht dargestellt) uns Anschlüsse 14 sowie einen Boden 15 aufweist. Die Kombination von Reaktorgehäuse 10 (2) und Anodenkorb 13 (3) wird als Fe-Reaktor 2 (1) eingesetzt. Dazu wird der Anodenkorb 13 in den Reaktor 10 eingesetzt und mit Aluminiumteilen und/oder Eisenteilen bestückt, die dadurch ebenfalls anodisch geschaltet sind.The reactor housing 10 preferably has a round cross-section. In 3 is an anode basket 13 shown, which is provided with a plurality of openings (not shown here) us connections 14 as well as a floor 15 having. The combination of reactor housing 10 ( 2 ) and anode basket 13 ( 3 ) is called Fe reactor 2 ( 1 ) used. This is the anode basket 13 in the reactor 10 used and equipped with aluminum parts and / or iron parts, which are thus also connected anodically.

4 und 5 zeigen eine Anode 16 (z. B. aus Titan), die in das Reaktorgehäuse 10 (2) eingesetzt werden kann und dadurch den Betrieb als AEOP-Reaktor 1 gestattet (1) Die Anode besteht 16 aus übereinander angeordneten runden scheibenartigen Gittern 17, die mittels einer Kontaktschiene 18 miteinander verbunden und anodisch geschalten sind. Der Außendurchmesser des Anodenkorbes 13 und der Außendurchmesser der Gitter 17 ist dabei jeweils dem Innendurchmesser des Reaktorgehäuses 10 angepasst. In beiden Fällen ist das Reaktorgehäuse 10 bevorzugt als Kathode angeschossen oder mit einer Kathode ausgestattet. 4 and 5 show an anode 16 (For example, made of titanium), which in the reactor housing 10 ( 2 ) can be used and thereby the operation as an AEOP reactor 1 allowed ( 1 ) The anode exists 16 made of superimposed round disc-like grids 17 by means of a contact rail 18 interconnected and connected anodically. The outer diameter of the anode basket 13 and the outside diameter of the grid 17 is in each case the inner diameter of the reactor housing 10 customized. In both cases, the reactor housing 10 preferably shot as a cathode or equipped with a cathode.

Da ein Großteil des im AEOP-Reaktor 1 gebildeten Sauerstoffs in Form von Triplett-Sauerstoff an der Anode gebildet wird, ist es sinnvoll, diesen durch UV-Strahlung zu radikalisieren. Dies erfolgt vorzugsweise durch den Einsatz einer Excimerlampe 20 im AEOP-Reaktor 1. In 6 ist die schematische Schnittdarstellung eines entsprechenden AEOP-Reaktors 1 dargestellt, der im Wesentlichen aus dem Reaktorgehäuse 10 (2) besteht, in welches eine Anode 16 aus mehreren übereinander an einer Kontaktschiene 18 angeordneten Gitten 17 (bevorzugt aus Titan oder platiniertem Titan) eingesetzt ist und wobei der AEOP-Reaktor 1 zusätzlich mit einer Excimerlampe 20 ausgestattet ist, die im dargestellten Ausführungsbeispiel durch Durchbrüche 19 der Gitter 17 ragt. Das Reaktorgehäuse 10 weist einen unteren Zufluss Zu und einen oberen Abfluss Ab auf und ist mit einem Anschluss 21 versehen, durch welchen es kathodisch geschaltet wird. Durch die Kombination eines PTFE-Reaktors mit einer Excimerlampe 20 kann der Wirkungsgrad überraschender Weise erheblich gesteigert werden und es ist eine energieeffiziente Arbeitsweise möglich, wodurch insgesamt das Reinigungsverfahren des Abwassers schneller und effizienter erfolgen kann. Diese Ausführung ist insbesondere für die Pharmaindustrie geeignet.Because much of the AEOP reactor 1 formed oxygen in the form of triplet oxygen at the anode, it makes sense to radicalize it by UV radiation. This is preferably done by the use of an excimer lamp 20 in the AEOP reactor 1 , In 6 is the schematic sectional view of a corresponding AEOP reactor 1 shown essentially from the reactor housing 10 ( 2 ), in which an anode 16 of several superimposed on a contact rail 18 arranged riding 17 (preferably titanium or platinized titanium) is used and wherein the AEOP reactor 1 additionally with an excimer lamp 20 is equipped, in the illustrated embodiment by openings 19 the grid 17 protrudes. The reactor housing 10 has a lower inlet to and an upper outlet to and is connected to a port 21 provided by which it is switched cathodically. By combining a PTFE reactor with an excimer lamp 20 the efficiency can be surprisingly increased significantly and it is an energy-efficient operation possible, whereby a total of the purification process of the wastewater can be done faster and more efficient. This design is particularly suitable for the pharmaceutical industry.

In allen Ausführungsvarianten der Reaktoren (FE-Reaktor, AEOP-Reaktor, Ozon-Reaktor) durchläuft diese das zu reinigende Wasser bevorzugt von unten nach oben.In all embodiments of the reactors (FE reactor, AEOP reactor, ozone reactor), this passes through the water to be purified preferably from bottom to top.

Mit der Lösung wird dem AEOP-Verfahren, welches im ersten Modul M1 durchgeführt wird, erstmalig jeweils ein Elektrolyseverfahren (im zweiten Modul M2) und ein weiteres Elektrolyseverfahren (im dritten Modul M3) vorgeschaltet.With the solution, the AEOP method, which is carried out in the first module M1, is preceded for the first time by an electrolysis method (in the second module M2) and a further electrolysis method (in the third module M3).

Es ist möglich in einem Modul auch mehrere Reaktoren einzusetzen, z. B. im ersten Modul M1 mehrere AEOP-Reaktoren 1 oder im zweiten Modul M2 mehrere FE-Reaktoren 2. Versuche der Einrichtung zur Abwasserbehandlung haben nachgewiesen, dass damit ein voll biologisches Klärwerk ersetzt werden kann, wodurch sich die erforderlichen Kosten erheblich reduzieren. Vergleiche mit anderen Verfahren haben gezeigt, dass es in Punkto Reinigungswirkung, Universalität und Ökonomie erhebliche Verbesserungen gegenüber herkömmlichen aufweist.It is possible to use several reactors in one module, for. B. in the first module M1 several AEOP reactors 1 or in the second module M2 several FE reactors 2 , Attempts by the Wastewater Treatment Facility have proven that this can be used to replace a fully biological treatment plant, which considerably reduces the required costs. Comparisons with other methods have shown that it has significant improvements over conventional cleaning, universality, and economy.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 19932268 A1 [0003] DE 19932268 A1 [0003]

Claims (14)

Einrichtung zur Abwasserbehandlung, insbesondere zur Entfernung von organischen Schadstoffen, Schwermetallen und Pharmaka aus Abwasser, wobei – ein erster Modul (M1) zur Durchführung eines AEOP-Verfahrens (advanced electrochemical Oxidation Prozess) kombiniert wird mit einem – zweiten Modul (M2) zur Durchführung eines Elektrolyseverfahrens in Form einer oxidativen Reinigung des Abwassers und/oder mit einem – dritten Modul (M3) zur Durchführung einer Oxidation durch Ozon.Wastewater treatment equipment, in particular for removing organic pollutants, heavy metals and pharmaceuticals from wastewater, wherein A first module (M1) for performing an AEOP process (advanced electrochemical oxidation process) is combined with a - Second module (M2) for carrying out an electrolysis process in the form of an oxidative purification of the wastewater and / or with a - Third module (M3) to perform an oxidation by ozone. Einrichtung zur Abwasserbehandlung, insbesondere zur Entfernung von organischen Schadstoffen, Schwermetallen und Pharmaka aus Abwasser, wobei ein – zweiter Modul (M2) zur Durchführung eines Elektrolyseverfahrens in Form einer oxidativen Reinigung des Abwassers kombiniert wird mit einem – dritten Modul (M3) zur Durchführung einer Oxidation durch Ozon.Wastewater treatment equipment, in particular for removing organic pollutants, heavy metals and pharmaceuticals from wastewater, wherein - Second module (M2) for performing an electrolysis process in the form of an oxidative purification of the waste water is combined with a - Third module (M3) to perform an oxidation by ozone. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Modul (M2) und/oder der dritte Modul (M3) vor oder nach dem ersten Modul (M1) angeordnet ist/sind.Device according to claim 1 or 2, characterized in that the second module (M2) and / or the third module (M3) before / after the first module (M1) is / are arranged. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Modul (M1) wenigstens einen AEOP-Reaktor (1) mit Anodenmaterial aus Platin, Palladium, Rhodenium oder einer Kombination dieser Materialien aufweist.Device according to claim 1 or 3, characterized in that the first module (M1) at least one AEOP reactor ( 1 ) with anode material of platinum, palladium, rhodium or a combination of these materials. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der AEOP-Reaktor (1) eine gitterartige Anode aus Platin, Palladium, Rhodenium oder deren Kombinationen aufweist.Device according to one of claims 1 to 4, characterized in that the AEOP reactor ( 1 ) has a lattice-like anode of platinum, palladium, rhodenium or combinations thereof. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die gitterartige Anode des AEOP-Reaktors (1) aus mehreren scheibenartigen Gittern (17) gebildet wird, die mittels einer Kontaktschiene (18) anodisch geschalten sind.Device according to claim 5, characterized in that the grid-like anode of the AEOP reactor ( 1 ) of several disc-like grids ( 17 ) is formed, which by means of a contact rail ( 18 ) are connected anodically. Einrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die scheibenartigen Gitter (17) in einem Abstand (L) zueinander angeordnet sind.Device according to claim 5 or 6, characterized in that the disc-like grids ( 17 ) are arranged at a distance (L) to each other. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der AEOP-Reaktor (1) mit einer Excimerlampe (20) ausgestattet ist.Device according to one of claims 1 to 7, characterized in that the AEOP reactor ( 1 ) with an excimer lamp ( 20 ) Is provided. Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Excimerlampe (20) durch Durchbrüche (19) der Gitter (17) ragt.Device according to claim 8, characterized in that the excimer lamp ( 20 ) through breakthroughs ( 19 ) the grid ( 17 protrudes. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Modul (M2) durch wenigstens einen FE-Reaktor (2) gebildet wird, der einen anodisch geschalteten Käfig aus Titan oder platiniertem Titan aufweist, der mit Eisen- und/oder Aluminiumteilen als Anode bestückt ist.Device according to one of claims 1 to 9, characterized in that the second module (M2) by at least one FE reactor ( 2 ) is formed, which has an anodized cage made of titanium or platinized titanium, which is equipped with iron and / or aluminum parts as the anode. Einrichtung nach einem Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der FE-Reaktor (2) mit Eisenschrott und/oder oder Aluminiumschrott (z. B. Schrauben oder Blechteile) als Anode bestückt ist.Device according to claim 10, characterized in that the FE reactor ( 2 ) is loaded with scrap iron and / or aluminum scrap (eg screws or sheet metal parts) as an anode. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der dritte Modul (M3) durch wenigstens einen Ozongenerator (3) gebildet wird, in welchem dem zu reinigenden Wasser Ozon zuführbar ist.Device according to one of claims 1 to 11, characterized in that the third module (M3) by at least one ozone generator ( 3 ) is formed, in which the water to be purified ozone is supplied. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass dem zu reinigenden Wasser Wasserstoffperoxid zuführbar ist.Device according to one of claims 1 to 12, characterized in that the water to be purified hydrogen peroxide can be supplied. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass diese mit Membrantechniken, wie z. B. der Nanofiltration und der Umkehrosmose kombinierbar ist oder Teile von Vorrichtungen zur Durchführung der Membrantechniken oder der Umkehrosmose ersetzt.Device according to one of claims 1 to 13, characterized in that this with membrane techniques, such as. As the nanofiltration and reverse osmosis can be combined or replaced parts of devices for performing the membrane techniques or reverse osmosis.
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